【正文】 olid map”中的“general”命令將上述劃分的 2D 網(wǎng)格拉伸至泡沫模型下端面，完成泡沫模型3D 網(wǎng)格的劃分。然后使用“automesh”命令對(duì)泡沫模型上端面進(jìn)行 2D 網(wǎng)格的劃分。在開(kāi)始劃分前，為了避免 V2 蒙皮模型的干擾，本節(jié)使用“mark”命令將 V2 蒙皮模型暫時(shí)隱藏。獲得 V2 蒙皮有限元網(wǎng)格模型，如圖 315 所示。其后使用”automesh”命令對(duì)中面劃分 2D 網(wǎng)格。對(duì)于 V2 蒙皮模型，與 V1 蒙皮模型類(lèi)似，由于其為薄壁件，而且曲面片較多、輪廓相當(dāng)復(fù)雜，因此也適合采用殼單元?jiǎng)澐志W(wǎng)格，此時(shí)采用殼單元可以提高網(wǎng)格質(zhì)量及縮短工作時(shí)間。圖 313 V1 橫梁有限元網(wǎng)格模型天津科技大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)論文15 最后，將隱藏的 V1 蒙皮模型和 V1 泡沫模型恢復(fù)顯示（unmark all） ，檢查各部件的網(wǎng)格大小、質(zhì)量，完后將 V1 前保險(xiǎn)杠系統(tǒng)有限元網(wǎng)格模型（圖 314）保存（save）待用。最后使用“check elems”等命令檢查網(wǎng)格質(zhì)量并優(yōu)化網(wǎng)格。工作過(guò)程中主要使用“midsurfase” 命令抽取中面，使用“quick edit”等命令并對(duì)其進(jìn)行修正抽中面后產(chǎn)生的自由邊。圖 312 V1 泡沫有限元網(wǎng)格模型V1 橫梁模型的特征與 V1 蒙皮模型的類(lèi)似，曲面片較多、輪廓相當(dāng)復(fù)雜，為薄壁件，因此同樣時(shí)候采用殼單元?jiǎng)澐志W(wǎng)格。 “solid map”中的“general”命令將上述劃分的 2D 網(wǎng)格拉伸至泡沫模型后表面，完成泡沫模型 3D 網(wǎng)格的劃分。然后使用”automesh”命令對(duì)泡沫模型前表面進(jìn)行2D 網(wǎng)格的劃分。工作過(guò)程中首先通過(guò)“edges”命令檢查了自由邊等影響網(wǎng)格質(zhì)量的因素，其后通過(guò)“quick edit”等命令修復(fù)這些因素。圖 311 V1 蒙皮有限元網(wǎng)格模型對(duì)于 V1 泡沫模型，由于其厚度較大，但輪廓十分簡(jiǎn)單，因此適合采用實(shí)體單元?jiǎng)澐志W(wǎng)格，此時(shí)采用實(shí)體單元可以更能夠提高網(wǎng)格質(zhì)量及縮短工作時(shí)間。其后使用”automesh”命令對(duì)中面劃分 2D 網(wǎng)格。 對(duì)于 V1 蒙皮模型，由于其為薄壁件，而且曲面片較多、輪廓相當(dāng)復(fù)雜，因此適合采用殼單元?jiǎng)澐志W(wǎng)格，此時(shí)采用殼單元可以提高網(wǎng)格質(zhì)量及縮短工作時(shí)間。因此本章只需將上一章所建立 V1 和 V2 的 CATIA 前保險(xiǎn)杠系統(tǒng)裝配模型“另存為” “igs”格式，導(dǎo)入到 HYPERMESH 軟件當(dāng)中，進(jìn)行網(wǎng)格劃分。經(jīng)檢查和修正，本試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷乃袉卧细?[9]。單元質(zhì)量檢查主要包括三個(gè)方面：重合節(jié)點(diǎn)和重合單元檢查，自由邊和自由面檢查及單元形狀檢查。本論文采用的單元類(lèi)型主要包括殼單元和實(shí)體單元。 單元特性在 HYPERMESH 軟件中，用戶(hù)可根據(jù)分析需要，在其豐富的單元庫(kù)中選擇便于試驗(yàn)計(jì)算與求解的單元類(lèi)型，其中各主要單元類(lèi)型的使用范圍如表 32 所示。本文中有限元模型的整體網(wǎng)格尺寸控制在10mm 左右，局部細(xì)節(jié)區(qū)域應(yīng)該控制在 5mm 左右。由于網(wǎng)格密度的大小會(huì)直接影響到能量吸收的情況，因此網(wǎng)格劃分不當(dāng)將導(dǎo)致在受力梯度不大時(shí)就得到錯(cuò)誤的結(jié)果。本文只通過(guò)自動(dòng)式和網(wǎng)格優(yōu)化兩種方法劃分網(wǎng)格 [6]。圖 310 所示為 HYPERMESH 的工作界面。圖 39 V2 前保險(xiǎn)杠系統(tǒng)的幾何裝配模型 汽車(chē)前保險(xiǎn)杠有限元模型的構(gòu)建 HYPERMESH 軟件簡(jiǎn)介HYPERMESH 軟件是美國(guó) Altair 公司研發(fā)的產(chǎn)品，其功能強(qiáng)大，集成了設(shè)計(jì)與分析所需的各種工具，是世界領(lǐng)先的 CAE 應(yīng)用軟件包，也是一個(gè)創(chuàng)新和開(kāi)發(fā)天津科技大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)論文11的企業(yè)級(jí) CAE 平臺(tái)。建成的 V2 蒙皮、泡沫和橫梁的幾何模型分別如圖 38 所示。圖 35 V1 前保險(xiǎn)杠系統(tǒng)的幾何裝配模型 V2 前保險(xiǎn)杠系統(tǒng)幾何模型的構(gòu)建 本節(jié)應(yīng)該用 CATIA 軟件分別建立 V2 前保險(xiǎn)杠系統(tǒng)三大組成部分（蒙皮、泡沫和橫梁）的幾何模型。天津科技大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)論文9圖 34 V1 橫梁的幾何模型完成 V1 前保險(xiǎn)杠系統(tǒng)的三大部件的幾何模型后，在 CATIA 的“裝配件設(shè)計(jì)”模塊中，使用“現(xiàn)有組件”將三個(gè)部件模型導(dǎo)入其中，主要通過(guò)“相合約束” 、“偏移約束”和 “角度約束”等命令根據(jù)其位置及裝配關(guān)系賦予各部件間的相互約束。支架部分：主要用到了“拉伸”命令生成實(shí)體，使用“凹槽”命令生成通孔。圖 33 V1 泡沫的幾何模型V1 橫梁為左右對(duì)稱(chēng)的殼體，分為支架和梁兩部分。圖 32 V1 蒙皮的幾何模型V1 泡沫的形狀較簡(jiǎn)單，在“草圖”中繪制中心平面和引導(dǎo)線后，通過(guò)“掃略”命令獲得沿一定弧度延伸的底面為四邊形的長(zhǎng)柱體，其后使用“凹槽”命令生成其下表面的三處通槽。左半邊實(shí)體生成后，使用“凹槽”命令去除模型中的通孔。使用“掃略”命令生成截面為半月牙的實(shí)體。其左半邊殼體靠近對(duì)稱(chēng)面部分可以大致看成一各半月牙的平面沿曲率較小的弧線“掃略”而成的殼體，其遠(yuǎn)離對(duì)稱(chēng)面部分可以大致看成一各半月牙的平面沿曲率較大的弧線“掃略”而成的殼體。 V1 前保險(xiǎn)杠系統(tǒng)幾何模型的構(gòu)建 本節(jié)應(yīng)用 CATIA 軟件分別構(gòu)建 V1 前保險(xiǎn)杠系統(tǒng)三大組成部分（蒙皮、泡沫和橫梁）的幾何模型。CATIA 的可伸縮性及其并行工程能力能夠顯著縮短產(chǎn)品的上市時(shí)間。CATIA 軟件已經(jīng)成為汽車(chē)、航空航天、船舶、建筑、電力與電子、消費(fèi)品和通用機(jī)械等產(chǎn)品的設(shè)計(jì)生產(chǎn)的首要 3D 模擬應(yīng)用軟件。通過(guò)這些修正和簡(jiǎn)化，最終分別繪制得到 V1 和 V1 前保險(xiǎn)杠系統(tǒng)各主要部件的 CAD 二維圖。而復(fù)雜的曲面往往會(huì)增加幾何模型建模的難度，甚至降低網(wǎng)格質(zhì)量，最終影響到試驗(yàn)分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。(a) V1 建模的原型 (b) V2 建模的原型圖 31 兩款汽車(chē)建模的原型 幾何尺寸的確定本節(jié)參考了兩款汽車(chē)原型的前保險(xiǎn)杠部分測(cè)量數(shù)據(jù)，加以修正及簡(jiǎn)化，并經(jīng)過(guò)計(jì)算和經(jīng)驗(yàn)補(bǔ)全未知的尺寸數(shù)據(jù)，繪制出兩款車(chē)型前保險(xiǎn)杠系統(tǒng)各主要部件的 CAD 二維圖。（4 ） 圖 22 下肢碰撞傷害指標(biāo)股骨骨折股骨骨節(jié)骨折韌帶斷裂脛骨骨節(jié)骨折脛骨骨折腓骨骨折脛骨加速度膝關(guān)節(jié)剪切位移膝關(guān)節(jié)彎曲角度天津科技大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)論文63 汽車(chē)前保險(xiǎn)杠有限元模型的構(gòu)建 汽車(chē)前保險(xiǎn)杠幾何模型的構(gòu)建整車(chē)有限元模型的建立及計(jì)算需要花費(fèi)的大量的精力和時(shí)間，且需要有充足的資源支持，因此，在現(xiàn)有的資源和條件下，以?xún)煽钇?chē)為建模的原型，并定義兩款汽車(chē)分別為 V1 和 V2，如圖 31 所示。該行人安全保護(hù)法規(guī)規(guī)定，車(chē)輛以 40km/h 的速度與行人下肢發(fā)生側(cè)面碰撞時(shí)，要求：（1） 脛骨加速度 at≤170g；（2） 膝關(guān)節(jié)彎曲角度 θ k≤19176。(3)基于以上的研究，分析討論仿真試驗(yàn)結(jié)果，最終得出結(jié)論。因此，近年來(lái)世界各大汽車(chē)生產(chǎn)商正在重點(diǎn)應(yīng)用有限元法進(jìn)行設(shè)計(jì)與分析。主要從以下三個(gè)方面展開(kāi)研究：（1）查閱相關(guān)文獻(xiàn)，對(duì)現(xiàn)有文獻(xiàn)進(jìn)行研讀，總結(jié)國(guó)內(nèi)外關(guān)于此課題的研究現(xiàn)狀、了解損傷生物力學(xué)的應(yīng)用以及相關(guān)安全法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。剛體單元的位移、速度、加速度、力等動(dòng)力學(xué)響應(yīng)參數(shù)優(yōu)點(diǎn) 精確地獲得模型上不同位置的仿真結(jié)果情況建模較便捷，計(jì)算時(shí)間較短，工作量較小缺點(diǎn) 建模過(guò)程較復(fù)雜，計(jì)算時(shí)間較長(zhǎng)，工作量較大，描述模型的運(yùn)動(dòng)方面薄弱較難掌握模型的具體情況的，變形部件描述的方面薄弱綜合比較上訴軟件的優(yōu)缺點(diǎn)，PAMCRASH 軟件有著極大的優(yōu)勢(shì)和強(qiáng)大的功能，本文采用 PAMCRASH 軟件進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬試驗(yàn)。這些軟件中，根據(jù)建模理論及其分析功能的不同，可以分為采顯式有限元理論建模和采用多剛體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論建模兩類(lèi)，其所構(gòu)建模型的主要特點(diǎn)如表 11[1]所示。天津科技大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)論文3括加速度、應(yīng)力和變形等運(yùn)動(dòng)及損傷情況。隨著行人碰撞保護(hù)試驗(yàn)系統(tǒng)的引進(jìn)和相關(guān)行人安全保護(hù)法規(guī)的出臺(tái)與實(shí)施，研究具有行人安全保護(hù)性能的汽車(chē)提上日程 [4]。我國(guó)各大汽車(chē)生產(chǎn)商以及汽車(chē)研發(fā)機(jī)構(gòu)在設(shè)計(jì)汽車(chē)前保險(xiǎn)杠系統(tǒng)是開(kāi)始引進(jìn)行人碰撞保護(hù)試驗(yàn)系統(tǒng)，將行人下肢保護(hù)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)融入了開(kāi)發(fā)的流程。因此，前保險(xiǎn)杠系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是一輛汽車(chē)能否滿(mǎn)足行人安全保護(hù)性能要求的關(guān)鍵 [4]。從圖 11 可見(jiàn)，行人與汽車(chē)發(fā)生意外碰撞時(shí)，行人下肢的損傷機(jī)率最大，而下肢的傷害尤其是膝關(guān)節(jié)傷害往往會(huì)給受害者將來(lái)的生活和工作帶來(lái)極大的不便，有的甚至?xí)?dǎo)致行人的終身殘疾。2022 年的該比例竟高達(dá) %。但是道路上的行人及其他車(chē)外人員因?yàn)槿狈ΡＷo(hù)而成為了最容易收到傷害的高危人群 [2]。早期的前保險(xiǎn)杠系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)目的是防止汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)艙及駕駛室發(fā)生過(guò)大的變形從而保護(hù)車(chē)內(nèi)乘員的人身安全，對(duì)于車(chē)內(nèi)乘員安全的保護(hù)性能設(shè)計(jì)研究工作已經(jīng)開(kāi)展了幾十年，然而對(duì)于車(chē)外行人的安全保護(hù)近幾年來(lái)才逐漸受到人們的重視。因此，在注重汽車(chē)駕駛感受和動(dòng)力性能體現(xiàn)的同時(shí)，越來(lái)越多的人們開(kāi)始重視汽車(chē)的安全性問(wèn)題。但隨之而來(lái)的是各種交通事故的發(fā)生。Ⅰ目 錄1 前 言 ..........................................................................................................................1 本課題研究背景和意義 ........................................................................................1 本文主要研究?jī)?nèi)容及方法 ....................................................................................4 研究?jī)?nèi)容 .............................................................................................................4 研究方法 .............................................................................................................42 汽車(chē)前保險(xiǎn)杠及行人損傷安全概述 ...............................................................7 汽車(chē)前保險(xiǎn)杠概述 ................................................................................................7 結(jié)構(gòu) .....................................................................................................................7 安全性能 .............................................................................................................8 行人下肢損傷生物力學(xué) ........................................................................................9 沖擊損傷生物力學(xué) .............................................................................................9 損傷機(jī)理 .............................................................................................................9 行人安全法規(guī) ........................................................................................................9 本章小結(jié) ..............................................................................................................113 汽車(chē)前保險(xiǎn)杠有限元模型的構(gòu)建 .................................................................12